一种用于高盐废水资源化处理的电纳滤离子精馏方法技术

本发明专利技术公开了一种用于高盐废水资源化处理的电纳滤离子精馏方法，首先设置电纳滤离子精馏系统，该系统由多张阳离子交换膜和电纳滤膜依照“同类同侧”原则依次叠压后加上流道隔网和密封垫片组成，氯离子分别被多张电纳滤膜选择性筛分，同时杂质阴离子被选择性阻隔，最终经过n级的选择性分离，氯离子与杂质阴离子间的选择性系数得到级数放大，从而在单个的电纳滤离子精馏膜组件内实现氯化钠的高效提取。本发明专利技术中氯离子和硫酸根离子的选择性系数决定于所叠加使用的电纳滤膜数量，大大降低了对于特种隔膜的自身特性要求，并极大提升高盐废水分盐产品纯度与质量。水分盐产品纯度与质量。

【技术实现步骤摘要】
一种用于高盐废水资源化处理的电纳滤离子精馏方法


[0001]本专利技术属于电驱动膜分离领域，特别涉及一种用于高盐废水资源化处理的电纳滤离子精 馏方法。

技术介绍

[0002]特种离子分离是一种重要的化工分离技术，在高盐废水零排放及资源化领域占据重要地 位。在印染、造纸、化工和农药及石油、天然气的采集加工等诸多生产领域会产生大量质量 分数大于1％的高盐废水，这些废水中除含有有机物之外，还含有Cl
‑
、SO
42
‑
、Na
+
等盐类物 质。这类高盐废水中盐组分较高，对环境的危害远远高于城市生活污水。国家对这类高盐废 水的处理提出了更高的要求，不仅要求对这类废水进行严格治理，还要求要以近“零排放”的 方式对废水中的无机盐加以综合利用，以最大化地减少对环境的危害和实现资源的循环利用。
[0003]针对高盐废水，目前国内外最常用的处理方法有物理法、化学法、生物法以及膜分离法。 物理法中最常用的是蒸发法，通过蒸发的形式让废水中无机盐结晶出来，但存在设备投资大、 运行能耗高的缺点。化学法是处理高盐废水较常用的方法之一，主要包括化学还原
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沉淀法和 离子交换法，这些处理方法针对特定的高盐化工废水取得了较好的效果，但也存在很多缺点。 化学还原
‑
沉淀法要消耗大量的化学试剂，废水中含有的可回收的有效成分也消耗殆尽，且会 产生大量沉淀带来二次污染；离子交换分离法虽然能很好的处理高盐废水，但树脂再生会带 来资源浪费和二次污染问题。生物法是目前高盐废水治理最主要的方法，主要是利用活性污 泥的生物凝聚、吸附和氧化作用，分解去除污水中的有机污染物。但是由于高盐废水的环境 渗透压较高，会破坏污泥中微生物的细胞膜和菌体内的酶，从而破坏微生物的生理活性，此 种方法处理高盐废水，存在效率低、周期长、处理费用较高等不足。电渗析技术可将盐组分 由1％盐含量最高浓缩至20％，大大减少废水的蒸发量，在高盐废水“零排放”领域引起广泛关 注。虽然上述方法在一定程度上均实现了对高盐废水的处理，但是无法实现对高盐废水中混 盐的有效分离，从而导致所分离出的盐只能作为危废处理，无法达到针对高盐废水资源化的 处理效果。
[0004]电纳滤过程作为一种电驱动膜分离工艺，可以用于高盐废水分盐及资源化操作。根据氯 离子与其它杂质阴离子间的电荷性质、水合能、离子水合半径等物化性质差异，通过采用电 纳滤膜，利用氯离子与其它杂质阴离子在电纳滤膜中迁移时存在着一定的速率差异，以电场 为驱动力，并采用特定的排列方式搭配使用电纳滤膜，可实现氯离子与其他杂质阴离子的高 效分离。电纳滤过程在盐湖提锂、高盐废水资源化、化工绿色生产等领域中展现巨大应用前 景和潜力。电纳滤过程采用流通式进料与出料处理模式，物料在电纳滤膜堆内部流通，其处 理效率决定于物料在电纳滤膜堆中的停留时间及外部电场。流通式的进料模式允许单个电纳 滤操作单元在连续式、间歇式、半间歇式等工艺条件下运行。但受制于电纳滤过程基本运行 机制，电纳滤通常采用电纳滤阳膜与电纳滤阴膜搭配使用，两种隔膜叠加形成一个膜单元， 通过重复叠加膜单元可以增大物料处理量。因此，在电纳滤过
程工艺中，特种离子的分离性 能仍决定于功能隔膜自身的筛分特性，而功能隔膜不理想的筛分性能也限制了目标离子分离 效率。
[0005]类似于传统的特种离子分离工艺，如离子交换、溶剂萃取、离子筛吸附等，工业上需通 过多个电纳滤单元的耦合集成才能实现氯离子的目标筛分，此时，电纳滤过程自身的连续式 操作特点不能得到有效体现。因此，从化工过程集约化、分离过程高效化及流程系统经济化 的方面出发，本专利技术打破电纳滤单元内部的功能隔膜排布方式，将多个外部耦合的电纳滤单 元内集成，基于氯离子在电纳滤膜中的多级筛分机制及离子选择系数的级数放大效应，建立 了一种新型的电纳滤离子精馏技术，将其应用于高盐废水分盐及资源化过程，实现由高盐废 水一步提取高纯氯化钠产品，极大提高高盐废水分盐及资源化过程的产品纯度及提取效率。 相较于传统的高盐废水分盐及资源化过程，本专利技术的方法有着能耗低、集成度高、产品纯度 高、环境友好等过程优势，有着很大的应用潜力。

技术实现思路

[0006]本专利技术是为避免上述现有特种离子分离技术所存在的不足之处，提供一种用于高盐废水 资源化处理的电纳滤离子精馏方法，通过重构电纳滤单元内部的功能隔膜排布方式，将多个 外部耦合集成的电纳滤单元内集成，构建电纳滤离子精馏系统，基于特种离子在电纳滤膜中 的多级筛分机制及离子选择系数的级数放大效应，实现由高盐废水高效提取高纯度氯化钠产 品的目的。
[0007]受制于电纳滤过程基本运行机制，电纳滤通常采用电纳滤阳膜与电纳滤阴膜搭配使用， 两种隔膜叠加形成一个膜单元，通过重复叠加膜单元可以增大物料处理量。本专利技术打破电纳 滤过程的基本运行机制，依照“同类同侧”原则布置电纳滤膜和阳离子交换膜，通过依次叠加 使用n张“同类”功能隔膜，目标阴离子与阳离子在功能隔膜中分别被多张电纳滤膜与阳离子 交换膜选择性筛分及传输，同时杂质阴离子被多张电纳滤膜选择性阻隔，最终经过n级的选 择性分离，目标阴离子与杂质阴离子间的选择性系数得到级数放大，从而在单个的电纳滤离 子精馏组件内实现目标阴离子的高效化分离，达到迄今已报道的单个膜分离单元最高的目标 离子分离系数。
[0008]本专利技术解决技术问题，采用如下技术方案：
[0009]一种用于高盐废水资源化处理的电纳滤离子精馏方法，其特点在于：采用具有氯离子和 硫酸根离子筛分性能的电纳滤膜，并与阳离子交换膜依照“同类同侧”原则依次排列配置于阳 极板与阴极板之间，构成具有特种离子精细化筛分性能的电纳滤离子精馏系统，并以电流为 驱动力，协同实现高盐废水中氯化钠的高效分离及浓缩。具体包括：
[0010]首先设置电纳滤离子精馏系统，所述电纳滤离子精馏系统由电纳滤离子精馏器件、溶液 辅助循环系统及电流供电系统组成。所述电纳滤离子精馏器件是由封装于阳极板与阴极板之 间的至少一组电纳滤离子精馏单元构成；所述电纳滤离子精馏单元是由一张或多张阳离子交 换膜膜和一张或多张电纳滤膜依照“同类同侧”原则依次叠压后加上流道隔网和密封垫片组成 的膜单元。“同类”指的是对同种类型的离子具有选择性的功能薄膜，如对于阳离子具有选择 性的阳离子交换膜，对阴离子具有选择性的电纳滤膜；“同侧”指的是同种类型的特种隔膜应 置于相同的一侧，如阴极侧或阳极侧，并且不同类型的功能隔膜不穿插排列。所述“同类同侧
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电纳滤膜与相邻封端隔膜之间形成n本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于高盐废水资源化处理的电纳滤离子精馏方法，其特征在于：首先设置电纳滤离子精馏系统，所述电纳滤离子精馏系统包括电纳滤离子精馏器件；所述电纳滤离子精馏器件是由封装于阳极板与阴极板之间的至少一组电纳滤离子精馏单元构成；所述电纳滤离子精馏单元是由一张或多张阳离子交换膜和一张或多张电纳滤膜依照“同类同侧”原则依次叠压后加上流道隔网和密封垫片组成的膜单元；所述“同类同侧”原则是指同种类型的膜置于相同的一侧，即在所述电纳滤离子精馏单元中，首先叠压电纳滤膜，然后叠压阳离子交换膜，并使电纳滤膜靠近阳极板、阳离子交换膜靠近阴极板；相邻电纳滤膜之间形成1个或多个电纳滤阴离子精馏室；相邻阳离子交换膜之间形成1个或多个阳离子保留室；电纳滤膜与阳离子交换膜之间形成料液室；在所述阳极板、阴极板与电纳滤离子精馏单元之间设置有封端隔膜；所述阳极板与所述封端隔膜之间形成阳极室、所述阴极板与所述封端隔膜之间形成阴极室；靠近阳极板的封端隔膜与相邻电纳滤膜之间形成电纳滤阴离子精馏室，靠近阴极板的封端隔膜与相邻阳离子交换膜之间形成阳离子保留室；当所述电纳滤离子精馏单元采用n张阳离子交换膜和n张电纳滤膜时，可实现n级精馏，n≥1：由阳极板侧至阴极板侧依次排列的功能隔膜分别定义为“1
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【专利技术属性】
技术研发人员：徐铜文，葛亮，蒋晨啸，陈秉伦，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：